控制電纜屏蔽層接地方式存在的問題
近年來，綜合自動化技術在變電站中得到了廣泛的應用。微機型二次設備要想在這樣一個高強度電磁場、強電磁干擾環境下安全、可靠的運行，需要滿足兩個條件：一是這些二次設備應具有一定的耐受電磁干擾的能力;二是進入設備的電磁干擾水平必須低于設備自身的耐受水平，即要求盡量減少由控制電纜侵入的干擾和降低干擾信號的水平，選擇合適的屏蔽和接地的方法。提高二次電纜抗干擾的防護水平，需要正確理解電纜屏蔽層的作用及屏蔽層應如何正確接地。本文主要就控制電纜屏蔽層電纜接地方式，結合變電站的主要干擾途徑、原理、屏蔽層作用等因素進行討論，并提出相應改進措施。
1 問題的提出和原因分析
升華熱電廠變電站是2005年新投建的35 kV等級變電站，全站采用南京力導微機保護裝置。變電站位于鐘管鎮，屬于多雷區，年平均雷暴日為34天，雷暴強度較大。在投運后不久遭受雷害，發生燒毀微機保護裝置的事故。 信息來自:輸配電設備網
雷電是一種強烈的大氣過電壓，損壞設備可分為兩種情況，一種是受雷電直擊，直擊站內設備概率很低;絕大多數損壞為感應造成，通過耦合二次回路感應干擾電壓等途徑對設備產生間接的有害影響。連接導線與設備的電纜端口是電磁干擾的主要傳播途徑，以電源線、接地線、信號線等方式傳播。通過檢查發現：電源線串有抗干擾低通濾波電容，電源模塊采用的是高頻開關，外殼金屬接地線及保護接地均完好，初步懷疑是由信號控制線引入的。經過現場進一步察勘：電纜溝內未采取多路分層的敷設方式，由于場地限制使眾多控制電纜密集的排列于電纜溝內，且電纜溝內控制電纜與接地線、固定電纜的鋼筋緊貼在一起，并且控制屏蔽電纜未采取接地措施。據現場運行人員測量，雷擊過后控制電纜的屏蔽層電壓達200 V。因此，得出結論：升華熱電廠內微電子設備眾多，各種線路、電纜錯綜復雜并且大多敷設于電纜溝中與地線緊貼，當控制電纜與接地線在同一條電纜溝布置時，地線遭受雷擊后會在周圍產生強烈的電磁場使控制電纜纜芯間及芯地間產生感應過電壓，從而誤發信、誤動作，嚴重的甚至損壞微機保護設備。
2 變電站的主要干擾傳播途徑
變電站的電磁干擾(EMI)途徑按介質分為傳導性干擾和輻射性干擾兩大類。傳導性干擾是指通過電源線路、接地線和信號線傳播的干擾;輻射性干擾是指通過空間傳播的干擾。按性質又可分為電容耦合、電感耦合[1] 。電磁干擾以電磁場的形式存在，主要通過電場、磁場、電磁場等途徑對信號傳輸線及設備信號產生影響。 信息來源:
2.1 電容耦合
由于電氣設備間存在著分布電容，變電站高壓母線及設備上的電壓通過分布電容在控制電纜系統中產生干擾電壓。
電壓愈高，產生的電容耦合強度愈強，高壓部分距離二次設備愈近，其電容耦合強度愈強。
2.2 電感耦合
變電站高壓母線等一次設備流過交變的電流，將在控制電纜敷設空間產生交變的磁場，由于磁場的變化，就會在控制電纜中產生感應電壓。干擾電壓的大小由互感的大小來決定，由一次設備與二次電纜的相互間空間位置來決定。
在生產實際中，各種干擾源對二次回路的耦合方式是非常復雜的，同一干擾源往往會以多種干擾方式作用于二次回路。根據不同的干擾源，采取相應的抗干擾措施，總結抗干擾的經驗，逐漸達到變電站電磁兼容的要求。
3 屏蔽電纜的作用及屏蔽層接地方式比較
目前大多變電站采取的防護電磁干擾手段是采用屏蔽電纜。控制、信號電纜多用帶鍍層的細銅絲編織層構成的編織層，屏蔽層一般能覆蓋90%。針對變電站一次設備對二次控制電纜的干擾，目前我們主要采用的抗干擾方法是電纜屏蔽層接地，有兩種方式：電纜屏蔽層一端接地;電纜屏蔽層兩端接地。現對兩種抗干擾方式特點及適用條件加以討論。 信息來源:
3.1 防止電容耦合
不接地的屏蔽層對電場干擾沒有屏蔽作用，而一端接地和兩端接地的屏蔽層對電場的屏蔽效果是一樣的。如果屏蔽層接地良好，則電場終止于屏蔽體直接耦合到地。
屏蔽電纜的金屬屏蔽層具有靜電屏蔽作用，使一次線高壓電源的強電力線終止于金屬屏蔽，內部的電場強度為零，從而使處于屏蔽層內的芯線免受外部強電場的干擾影響。從靜電屏蔽的角度出發，為了使屏蔽層表面是一個固定的等電位面，應將屏蔽層一端接地。
3.2 防止電感耦合
屏蔽層兩端接地時，可以有效地抑制電磁感應。
I1在電纜芯線上產生的感應電勢為E 21 = jωM12I1
I1在屏蔽層上產生的感應電勢為Em = jωM1mI1
屏蔽層一端接地時，在屏蔽層上有感應電壓，但未構成回路，屏蔽層上沒有電流流過，不改變空間磁場分布。
對二次電纜線芯上由電感耦合產生的感應電壓沒有影響。
屏蔽層兩端接地時，則屏蔽層流過的感應電流為Im = E m/(jωLm + Rm)
Im在二次電纜芯線上產生的感應電勢為E 2m = jωM2mIm
二次電纜芯線上產生的感應電勢E2 = E 21-E 2m
屏蔽層中流過的感應電流是由外界電磁場感應產生的，其實際作用是抵消外界電磁場的干擾。因此電纜屏蔽層兩端接地，可以有效地抑制電磁感應。
4 采取相應技術改造
根據上面論述，提出了對升華熱電廠控制電纜屏蔽層技術改造措施：對控制電纜屏蔽層兩端接地。屏蔽層能降低感應過電壓的能力主要是基于屏蔽層電流產生的磁場對干擾電流產生的磁場的抵消作用。采用屏蔽層兩端接地，是因為在短路電流、雷電流通過時，由于大短路電流、雷電流作用時間很短，所以不易燒毀屏蔽層。若屏蔽層一端接地，沒有電流回路，但其防止過電壓和抗力都很低，因而屏蔽層無法取得良好的屏蔽效果。整改措施：一是，控制電纜帶屏蔽層，將屏蔽層在開關場與控制室同時接地，通信電纜的屏蔽層也應正確可靠相連接地;二是，為二次設備和二次電纜敷設專用接地銅排，盡量消除地電位差干擾;三，變電站所有開關量輸入輸出觸點都采用專用的光電隔離。 改造后，經近一年多的運行實踐，二次設備至今未發生過與雷電有關的故障，系統運行情況大有改善，大大提高了供電可高性，作為升華熱電廠的廠用變電站，減少了停電時間，產生了巨大的經濟效益。
